趋肤效应—铜箔粗糙度

趋肤效应（集肤效应）skin effect：

高频电流流过导体时，电流会趋向于导体表面分布，越接近导体表面电流密度越大。

导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。

导线通有高频交变电流时，有效截面的减少可以用穿透深度来表示。

穿透深度的意义是：由于趋肤效应，交变电流沿导线表面开始能达到的径向深度，计算公式为

从上面公式可知：

趋肤深度与频率、电导率的开方成反比，也就是说频率、电导率越高，趋肤深度越小。趋肤效应的一些影响：

A：导致导线的等效电阻增大，损耗增大。相同截面积，表面积越大，等效电阻越小。

应用：

利用相互绝缘的多根细导线代替单根实心导线，可以改善降低导线的等效电阻。

材料表面镀银或镀金，降低表面电阻，可以改善导线的等效电阻。

实心导线改用空心导线，导电效果基本一样，可以节省材料。

从上面表格可知：

对于 50Hz 的工频交流电，导体为铜，其趋肤深度约8mm，这样对于厚度大于 16的铜线，其中心处电流密度非常小，因此用于传输工频电流的铜线厚度一般小于12mm。

铜箔：

分电解铜箔（ED 铜）和压延铜箔（THE 铜）。

铜箔有一面光滑，称为光面（Drum Side）,另一面是粗糙的结晶面，称为毛面（Matte Side）。毛面是印制电路的电路表面，毛面是与 PCB 基材结合的面。

电解铜箔：

常规铜箔（STD），反转铜箔（RTF），低/超低表面粗糙度铜箔（VLP/HVLP）

通过扫描电镜和金相显微镜可看出 STD、RTF 和 HVLP 铜箔（厚 0.5oz）的表面形貌：

STD 铜箔毛面粗糙度（Rz）约为 5um，光面（RA）粗糙度 3um；

RTF 铜箔毛面、光面粗糙度约3um;

HVLP铜箔光面、毛面粗糙度均在2um 以内。

从上面的公式计算可知：当频率达到 1GHz 时，其信号在导线表面的传输厚度仅为 2.1um,如果导体是 STD，信号仅在粗糙度的厚度范围传输，将导致很严重的反射问题，并导致信号传输路径变长，损耗增加。

传输线损耗主要包括介质损耗和导体损耗两个部分。

介质损耗：绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。这主要与PCB介质的损耗因子有关。

导体损耗：导体不理想，存在电阻，在电流通过时发热而引起的损耗，这主要与PCB导体的趋肤效应、粗糙度和导电率（电阻率）有关系。